Фильтрационные свойства горных пород

Фильтрационные свойства горных пород – это их способность пропускать через себя флюиды, т.е. жидкости, газы и их смеси [25]. Количественно фильтрационные свойства горных пород характеризуются коэффициентом проницаемости k_ПР и коэффициентом фильтрации k_ф.

Коэффициент проницаемости связывает количество жидкости Q в м³, прошедшее расстояние Dl(м) в образце породы с поперечным сечением S(м²) при перепаде давлений DР (Па) за время фильтрации t (с):

, (4.2)

где m - вязкость жидкости, Па×с.

Коэффициент фильтрации k_ф практически представляет собой скорость фильтрации газа или жидкости через породу.

(4.3)

Коэффициент фильтрации и коэффициент проницаемости связаны между собой соотношением:

(4.4)

где d_в – плотность воды; µ_в - вязкость воды.

Коэффициент фильтрации представляет собой кажущуюся скорость движения подземного потока при гидравлическом градиенте, равном единице.

Коэффициент проницаемости характеризует только структурные особенности горной породы, в то время как, коэффициент фильтрации зависит от структурных свойств среды и от свойств жидкости.

По величине коэффициента фильтрации все горные породы разделяют на водоупорные (k_ф < 0,1 м/сут), слабопроницаемые (0,1 м/сут £ k_ф £ 10 м/сут), средне-проницаемые (10 м/сут £ k_ф £ 500 м/сут) и легкопроницаемые (k_ф>> 1000 м/сут).

По значениям коэффициента проницаемости породы подразделяют на проницаемые, полупроницаемые и практически непроницаемые.

Проницаемые породы характеризуются величиной k_np от 10^-2 до нескольких тысяч мкм². Поровое пространство этих пород занимает 20, 30, 40% и более их объема. К проницаемым породам относятся грубо- и мелкообломочные, такие как гравий, галечники, пески, слабосцементированные песчано-глинистые осадки, кавернозные карбонатные, трещиноватые магматические породы.

Полупроницаемые породы имеют значения k_np от 10^-4 до 10^-2 мкм². Значительную долю порового пространства этих пород занимают субкапиллярные поры. Содержание связанной воды в них повышенное. Типичные полупроницаемые породы - глинистые пески, некоторые разновидности песчаников и алевролитов, мелкотрещиноватые меловидные известняки и доломиты.

К практически непроницаемым относятся породы с k_np<10^-4 мкм². Это глины, аргиллиты, глинистые сланцы, мергели, плотносцементированные песчаники и алевролиты с субкапиллярными порами, плотные мел и известняк, невыветренные кристаллические породы с закрытой пористостью: карбонатные, магматические, метаморфические.

Часть из этих пород, например глины, имеют высокую пористость, до 50%. Однако поры в них субкапиллярные, почти вся вода в них находится в связанном состоянии и препятствует перемещению гравитационной воды. Кристаллические породы, наоборот, при низкой пористости, не превышающей 6-8%, могут иметь высокие значения k_np за счет трещинной проницаемости.